建筑材料概论课件.ppt

建筑材料,土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料或建筑材料。土木工程材料直接影响建筑物或构筑物的性能、功能、寿命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。,按化学成分分类（1）无机材料金属材料：黑色金属材料钢、铁有色金属材料铝、铜、合金非金属材料：天然石材大理石、花岗石陶瓷和玻璃砖、瓦、卫生陶瓷、玻璃无机胶凝材料石灰、石膏、水玻璃砂浆、混凝土水泥、砂浆、混凝土,土木工程材料的分类,（2）有机材料木材、沥青、塑料、涂料、油漆（3）复合材料金属与非金属复合钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机与无机复合玻璃钢、沥青混凝土、聚合物混凝土,按用途分类结构材料：砖、石材、砌块、钢材、混凝土防水材料：沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥饰面材料：墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩绝热材料:塑料、橡胶、泡沫混凝土,石器、铁器时代石材、大砖、石灰砂浆、石膏金字塔（2000-3000BC)万里长城（200BC)18世纪中叶钢材、水泥19世纪钢筋混凝土（1890-1892）20世纪预应力混凝土、高分子材料21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材,建筑材料的发展,胡夫金字塔（2000-3000BC)，高146.59m，底部232m232m，用230多万块、每块重2.5T的岩石砌成。,万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆,早期使用土木工程材料主要有：砖、瓦、石、灰、木材等。至今仍在土木工程材料中占有主要地位。,一、传统土木工程材料,山东省聊城市-熬头矶,山东省聊城市古砖,长沙明朝大型砖石古墓,砖,长城,故宫,砖：砌筑材料,砖是一种常用的砌筑材料。制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小便于组合，粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。所以至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。但是由于生产传统粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重大，施工生产中劳动强度高、工效低，因此有逐步改革并用新型材料取代的必要。目前国家已禁止在建筑物中使用粘土砖。近年来国内外都在研制非烧结砖。非烧结粘土砖是利用不适合种田的山泥、废土、砂等，加人少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水混合搅拌压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。,生产工艺：烧结砖、非烧结砖原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖空心砖、多孔砖和实心砖,标准砖,瓦,成分：粘土瓦、水泥瓦、石棉瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦形状：平瓦、波纹瓦尺寸偏差，外观质量和物理力学性能：优等品、一等品和合格品粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦。,瓦,脊瓦、阴沟瓦,小波型瓦、大波型瓦,宁波普陀岛-黄墙青瓦,水泥瓦屋面,石棉瓦,玻璃钢瓦,玻璃钢瓦屋面,沥青瓦,抗压强度高、良好的耐磨性和耐久性，资源丰富，便于就地取材，生产成本低，经加工后具有良好的装饰性。,欧洲最大的皇宫凡尔赛宫（16611689年建，占地100多万m2，建筑面积11万m2）,凡尔赛宫的花园,石,石子,毛石（片石）,料石,饰面石材,色石渣,石,由于天然石材具有很高的抗压强度，良好的耐磨性和耐久性，经加工后表面美观富于装饰性，资源分布广蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低等优点，是古今土木工程中修建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。天然石材经加工后具有良好的装饰性，是现代土木工程的主要装饰材料之一。,石的种类,毛石,料石,古墓建筑,古希腊万神殿（TheParthenon)帕提农神庙,用料石砌筑的门拱,饰面石材,花岗石板材,大理石板材,饰面石材,色石渣,人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石,石子,卵石,碎石,砂,砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。根据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂之分。,砂,由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5mm以下的岩石颗粒。,由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。,人工砂：,天然砂：,灰,灰,灰是指石灰和石膏，是无机胶凝材料。土木工程中用胶凝材料将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结为一个整体。土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，建筑石膏的应用很广，除用于室内抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各种石膏制品。石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸钙，将石灰石煅烧，碳酸钙将分解成为生石灰。,石膏板吊顶,石膏特点：良好的可塑性、凝结快；很好的防火性能、隔热性能和隔音性能；良好的装饰性和可加工性。石膏用途：室内抹面、粉刷，各种石膏制品纸面石膏板、石膏装饰板、纤维石膏板、石膏空心条板、石膏空心砌块和石膏夹心砌块。石灰：良好的可塑性，价格低廉。,木材,优点：轻质高强；易加工；高强度弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好等。缺点：构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，产生较大的湿胀，干缩变形；易燃、易腐等。可改善。影响强度因素：含水率、温度、荷载作用时间和木材缺陷。,自8000年前的斐李岗文化至6000年前的仰韶文化期间的木结构。,我国历史上木结构的辉煌成就,山西应县木塔建于公元1056年，塔高67.3m，八角形，底层直径30.27m。该塔共9层，是我国保存至今的唯一木塔，也是现存的最高的木结构之一。它虽经多次大地震仍完整无损。,北京故宫太和殿建于明永乐18年，（1420年）是故宫最壮观的建筑，也是我国现存最大的木构殿堂。木梁、木柱做成承重骨架，用木制斗拱做成大挑檐。,悬空寺，全国重点文物保护单位，是佛、道教合一的独特寺庙。位于山西省浑源县城南5km金龙峡半崖峭壁间。始建于北魏后期，至今已有1400多年历史。,目前亚洲跨度最大（140.7m）的木结构日本出云木结构圆顶。,钢材,二、近代土木工程材料,2.1土木工程结构材料,评价：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装；缺点是耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高。,土木工程钢材可划分为钢结构用材和钢筋混凝土用材两大类。（1）钢结构用钢材A碳素结构钢一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。B低合金结构钢普通低合金结构钢一般是在普通碳素钢的基础上，少量添加若干合金元素而成，在诸如大跨度桥梁、大型柱网构架、电视塔、大型厅馆中成为主体结构材料。,型材：型钢、钢轨、钢板、钢管等,（2）钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋，钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。,线材：钢筋或钢丝（碳素钢丝、刻痕钢丝、钢胶线）,水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。,水泥,“两磨一烧”,优点：原料易得、成本较低、良好的工程使用性能以及与环境有较好的相容性。三大基础材料之一。分类（不同分法）：用途及性能：通用、专用、特性水泥水硬性物质名称：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等,2019/12/13,45,可编辑,其它品种水泥快硬硅酸盐水泥：适用于紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制件，不适合大体积混凝土工程。快凝快硬硅酸盐水泥：用于军事、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等工程。白色硅酸盐水泥：用于内外装修高铝水泥：快硬、高强、耐热及耐腐蚀，用于工程紧急的工程。膨胀水泥：各种管道,混凝土,混凝土起源1824年英国人阿斯普丁Aspdin发明硅酸盐水泥，1850年和1928年先后出现了钢筋混凝土和预应力混凝土，目前混凝土是用量最大，使用最广泛的土木工程材料。,简写砼，是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。,类型：水泥混凝土、沥青混凝土等。,强度：,混凝土的强度等级一般为：,如何测定？,评价：,优点：可模性、耐久性、耐火性、整体性都好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、石材都高，能与钢筋粘结做成各种强度高的钢筋砼结构；,缺点：自重较大、施工复杂、工序多、工期长、易产生裂缝。,混凝土的种类,不同施工工艺,不同使用功能,水工混凝土,龙滩开浇世界第一高碾压混凝土大坝现场,特种混凝土,轻骨料混凝土纤维增强混凝土聚合物混凝土碾压混凝土自密实混凝土抗渗能力佳，抗冲、耐磨、抗蚀能力强的硅粉混凝土；有环保效益和经济效益的粉煤灰混凝土；特细混凝土、透明混凝土和其它一些特种混凝土。,钢筋混凝土,在混凝土中配置钢筋形成的复合建筑材料，既可以充分利用混凝土的抗压强度，又可以发挥混凝土对钢筋的保护作用，充分利用钢筋的抗拉、抗弯强度。,砼抗拉强度低，与钢筋粘结组成钢筋砼结构。,素砼梁与钢筋砼梁破坏示意图,钢筋与砼共同工作的原因,混凝土硬化后钢筋与混凝土产生良好的粘结力，两者从而可靠地结合，在荷载的作用下能够共同变形；两种材料的温度线胀系数颇为接近。,钢筋混凝土的优点,合理发挥材料的性能耐久性好耐火性好整体性好就地取材灵活性大,钢筋混凝土的缺点,自重大抗裂性较差保温效果差施工受气候影响大，修复困难,预应力钢筋混凝土的出现,预应力钢筋混凝土是在外荷载作用下，预先建立有内应力的混凝土。混凝土的预压应力一般是在结构或者构件受拉区域，通过对预应力筋进行张拉，锚固，放松，借助钢筋的弹性回缩，使受拉区混凝土事先获得预压应力来实现的。,钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土,钢筋绑扎完成等待浇注,浇注完成基础底板工程,预应力混凝土在预制桥梁中广泛应用,马来西亚石油双塔大厦（世界第二高大厦450m，世界最高混凝土结构，双塔地上88层。从底层至84层采用的都是钢筋混凝土结构。84层以上是钢柱和钢环梁。大厦在第60层、72层、82层、85层处收进，46层以下有两个圆形副楼）,远眺广州中信大厦（广场）,广州中信大厦（大厦1996年建成。由三座塔楼和裙房组成，主塔楼为办公楼，是80层的钢筋混凝土框架筒体结构，高322.5m，连同桅杆（钢塔）总高382.5m，为国内最高，世界第二高的钢筋混凝土建筑）,三、现代土木工程材料,19世纪钢材和混凝土使得土木工程的规模产生了飞越性的发展；20世纪的高分子材料、新型金属材料和各种复合材料则使得土木工程的规模和外观发生了根本性的变化。,沥青、沥青制品,极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。较常用是石油沥青和煤沥青，其次是天然沥青。通过橡胶、树脂和矿物填料改变石油加工厂制备的沥青的性能，改性后沥青的综合性能可以大大提高。沥青制品具有良好的隔潮、防水、抗渗、耐腐蚀等性能。在地下防潮、防水和屋面防水等建筑工程中及铺路等工程中得到广泛的应用。,工人正在搬运“鸟巢”沥青防水卷材,遇水膨胀止水条,天然沥青,沥青混凝土路面施工现场,防水卷材,防水密封材料,防水材料是建筑业及其它有关行业所需要的重要功能材料，是建筑材料工业的一个重要组成部分。橡胶系防水卷材、塑料系防水卷材和胶塑共混型防水卷材三类。,防水密封材料,玻璃、陶瓷制品,2008年奥运会国家游泳中心的方案（水立方）,（1）陶瓷材料由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密实材料，主要品种有：陶瓷锦砖（马赛克）、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。传统的陶瓷、建筑陶瓷、电瓷等是采用粘土类及其它天然矿物原料经过粉碎加工、成型、烧结等过程而得到的器具。现代陶瓷材料是以特种陶瓷为基础由传统陶瓷发展起来的又具有与传统陶瓷不同时鲜明特点的一类新型陶瓷。,具有透明性的玻璃用于饰面，使建筑物具有现代气息。除建筑行业外，玻璃还用于轻工、交通、医药、化工、电子、航天等领域。,玻璃是以石英砂、纯碱、石灰石和长石等为原料，于15501600高温下烧至熔融，成型、急冷而形成的一种无定形非晶态硅酸盐物质。玻璃已广泛地应用于建筑物，它不仅有采光和防护功能，而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。,（2）玻璃,上海信息港玻璃幕墙,陶瓷外墙砖,广州陈氏书院的陶塑脊饰,玻璃空心砖,玻璃马赛克,瓦,人民大会堂广东厅的微晶玻璃装饰板,用于室内装修的印花玻璃,香港中银大厦的玻璃外墙,人造板材,采用小木块、碎木屑、刨花等木质材料为基材，使用胶凝材料、胶粘剂或夹层材料加工而成的各种人造板材。模仿天然木材的纹理和走向，可达到以假乱真的程度。完全不使用天然木质材料的无机材料人造板。常用：胶合板、纤维板、刨花板、木丝板、木屑板。这些板材用作建筑物的地板、内隔墙板、护壁板、门面板以及各种家具等，大大改善了天然木材尺寸的有限、材质不均，提高了木材的利用率和功能。,石棉橡胶板,竹木地板,木地板,制作中人造板,塑料及制品,以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料。塑料的特点：（1）密度小；（2）强度较高；（3）耐腐蚀性好；（4）装饰性好；（5）耐磨性好（6）电绝缘性好；（7）抗震、消声、隔音性能好；（8）易老化塑料的组成主要有：合成树脂、填充料、增塑剂、固化剂、着色剂、稳定剂等。,塑料的应用塑料在工业与民用建筑中可生产塑料管材、板材、门窗、壁纸、地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水材料及保温材料等。在基础工程中可制作塑料排水板或隔离层、塑料土工布或加筋网等。在其它工程中可制作管道、容器、粘结材料或防水材料等，有时可以制作结构材料。,吸声隔音材料,吸声材料着眼于声源一侧反射声能的大小，对入射声能的衰减吸收，吸声能力即吸声系数用小数表示。常用吸声材料分为无机、有机、多孔和纤维材料四种。隔声材料着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，是透射声能衰减到入射声能的比例，隔音量用分贝表示。隔声材料分为隔绝空气声和隔绝固体声两种。,建筑工程中常用吸声材料有：石膏砂浆（掺有水泥、玻璃纤维、石棉纤维）、水泥膨胀珍珠岩板、玻璃棉、泡沫塑料、软木板、木丝板、穿孔纤维板、工业毛